Il problema del bilanciamento tra domanda e offerta nella stabilità della rete elettrica è un elemento cruciale per garantire la massima sicurezza energetica. Tuttavia il passaggio ad una produzione diffusa di energia rinnovabile e l’affermazione dei “prosumers” (produttori e consumatori insieme) al posto dei tradizionali “consumers” ha reso più complessa ed articolata le gestione e la rilevazione delle risorse attive connesse alla rete. E se fosse possibile utilizzare i sistemi HVAC per trasformare una rete in una smart grid?
Per la prima volta, l’Università del Michigan ha testato sul campo questa soluzione, mettendo in comunicazione i sistemi di condizionamento, di un gruppo di case di Austin in Texas, con la smart grid.
Un piccolo delta termico per un grande obiettivo
Finora, la maggior parte delle strategie di bilanciamento della rete basate su carichi flessibili, come l’uso dei condizionatori, è stata testata solo in simulazioni. Guidati dalla professoressa Johanna Mathieu, docente di ingegneria elettrica e informatica all’Università del Michigan e autrice dello studio pubblicato su IEEE Transactions on Smart Grid, il team ha provato a testare sul campo la fattibilità del sistema.
La sperimentazione ha permesso di sfruttare 100 unità HVAC di condizionamento dell’aria di altrettante abitazione Austin, come “risorsa energetica distribuita” per contribuire a regolare la frequenza della rete, mantenendosi stabili sui 60 Hz previsti dal sistema Statunitense (per l’Europa sono 50Hz).
Il principio dell’esperimento si basa sul fatto che la temperatura interna delle abitazioni non cambia immediatamente quando il condizionatore si accende o spegne. Modificando leggermente il momento in cui queste unità HVAC si attivano o disattivano e coordinando il loro funzionamento su larga scala, è possibile regolare il consumo energetico in modo da stabilizzare la rete senza compromettere il comfort degli utenti.
Primo problema: far dialogare i sistemi HVAC con la smart grid
Tuttavia c’è un ostacolo da superare: il dialogo tra il sistema HVAC e la smart grid. Gli apparecchi di condizionamento anche i più sofisticati, sono progettati per fornire dati solo all’utente proprietario di casa. Non sono sviluppati per dialogare con terze parti consentendo loro di controllare direttamente l’accensione e lo spegnimento dei condizionatori.
Per aggirare il problema, il team ha installato schede di controllo hardware e sensori personalizzati in ogni abitazione. Grazie a questo sistema, un algoritmo di controllo centrale ha potuto inviare comandi tramite il cloud ai condizionatori, consentendo loro di rispondere ai cambiamenti della rete in meno di 10 secondi.
Traguardo raggiunto
Il sistema è riuscito a coordinare con successo le unità di condizionamento HVAC con la smart grid grazie ad un segnale che variava ogni 2 secondi. Le prestazioni ottenute hanno superato di gran lunga le soglie standard del settore.
Inoltre, il sistema non ha intaccato in alcun modo il comfort degli utenti che non hanno percepito la modifica. I sensori di temperatura hanno rilevato che la deviazione massima dalla temperatura impostata è stata di soli 1,6 °F (circa 0,9 °C).
Per garantire la scalabilità del sistema, il metodo di controllo dell’Università del Michigan utilizza un modello dinamico indipendente dal numero di unità gestite, il che ne permette un’espansione su larga scala.
Tuttavia, le limitazioni dei termostati intelligenti rappresentano ancora un ostacolo come sottolineano gli autori: installare hardware dedicato in ogni abitazione non è una soluzione praticabile su vasta scala.
L’obiettivo futuro sarà dunque quello di coinvolgere le aziende produttrici di termostati intelligenti nel processo, integrando nei sistemi la possibilità di essere controllati da terze parti a fini di regolazione della frequenza.